新型给水厂残泥-芬顿污泥免烧陶粒的制备及其在废水处理中的应用研究
作者单位：湘潭大学
学位级别：硕士
导师姓名：陈跃辉;许友泽
授予年度：2022年
学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术]
摘 要：给水厂残泥是采用混凝、絮凝法处理城市用水时产生的污泥,富含活性铁铝非晶质结构,且比表面积大,孔隙度高。芬顿污泥是采用Fenton高级氧化法处理工业废水中产生的一类含铁量较高的化学污泥,含有大量的活性羟基。这两种污泥产量大,现有的处理处置方法存在处理成本偏高、容易造成二次污染等问题,且污泥的资源化利用程度低。为拓宽给水厂残泥及芬顿污泥的资源化利用途径,本研究以给水厂残泥与芬顿污泥为主要材料,在给水厂残泥免烧陶粒研究的基础上,通过制备以给水厂残泥及芬顿污泥为主要原材料的新型给水厂残泥—芬顿污泥免烧陶粒（UCFWTR）。同时以制备的UCFWTR为核心,分别考察UCFWTR作为吸附剂吸附除磷的效果,以及作为生物滤料运用到曝气生物滤池的净水效果,具体研究结论如下:（1）通过对主要原材料给水厂残泥及芬顿污泥XRF、XRD以及FT-IR表征,发现给水厂残泥及芬顿污泥中的铁铝均是以不定型的非晶质结构存在,芬顿污泥中含有大量的活性-OH基团。采用给水厂残泥和芬顿污泥制备了UCFWTR,并根据解体率、吸水率、对磷的吸附性能以及陶粒强度等指标进行综合考虑,确定了芬顿污泥的添加量为20%。UCFWTR保留了原材料不定型的铁铝非晶质结构,且符合《水处理用人工陶粒滤料（CJ/T 299-2008）》标准。芬顿污泥的加入强化了陶粒-OH的含量,UCFWTR内部产生了许多纤维网状结构,使得UCFWTR具有较大的比表面积,同时也提供了许多活性吸附点位。（2）在UCFWTR对磷的静态吸附实验中,吸附动力学拟合结果与吸附等温线结果表明,UCFWTR对磷的吸附以准二级动力学及Langmuir等温吸附模型拟合度更高,说明UCFWTR对磷的吸附以单分子层的化学吸附为主,吸附主要限速步骤为液膜扩散,拟合的最大吸附量为1.66 mg/g。通过单因素实验优化了吸附影响因素对UCFWTR吸附除磷的影响,实验结果表明,低pH更有利UCFWTR对磷酸盐的吸附;综合考虑总磷去除率、吸附量及经济实用性,固液比为20 g/L时为最优选择;几种常见阴离子对UCFWTR吸附磷酸盐的影响结果表明,Cl、SO、NO对磷酸盐的去除影响不大,但CO对UCFWTR吸附磷酸盐有着较强的抑制作用;离子强度对UCFWTR吸附除磷基本没有影响,这表明配位体交换是UCFWTR对磷酸盐的主要吸附机制之一。通过对UCFWTR吸附的磷的形态进行分级提取可得,UCFWTR吸附的磷酸盐含量NaOH-PHCl-PRes-PBD-PNHCl-P。而稳定性Res-PNaOH-P、HCl-PNHCl-P、BD-P。结果表明UCFWTR所吸附的磷相对稳定,再次释放到水体中的风险较小,具有成为一种稳定除磷吸附剂的潜力。（3）将UCFWTR及普通商品陶粒运用于曝气生物滤池处理生活污水,普通商品陶粒曝气生物滤池与UCFWTR型曝气生物滤池在挂膜启动期间分别在第8天、第7天出水达到稳定,在14天内均已挂膜启动成功。通过优化曝气生物滤池的运行参数实验,确定了普通商品陶粒曝气生物滤池与UCFWTR型曝气生物滤池的最佳水力停留时间均为20 h,最佳气水比均为11:1。在优化后的参数下稳定运行后,普通商品陶粒曝气生物滤池对COD、氨氮的去除率分别达到93%、92%,总磷的去除率则在78%至89%范围内波动;而UCFWTR型曝气生物滤池对COD、氨氮的去除率分别达到95%和96%,总磷的去除率则在83%至93%范围内波动。表明UCFWTR型曝气生物滤池对生活污泥的处理效果优于普通商品陶粒曝气生物滤池。（4）结合以上实验结果可得,以给水厂残泥及芬顿污泥为主要原材料通过免烧法制备陶粒是可行的,一方面为这两种污泥的资源化利用提供一种新思路,实现了“变废为宝的目标,另一方面还能将该陶粒作为吸附剂与生物滤料运用到水处理中,且能取得一个较好的处理效果,贯彻了“以废治废的理念。
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